DE102010041626A1 - Method for predicting aneurysm growth - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage des Wachstums von Aneurysmen auf Basis von aus wenigstens zwei Angiographieaufnahmen abgeleiteten CFD-Simulationen mit folgenden Schritten: S1) Erste 3-D-Aufnahme (20) des Aneurysmas und Bestimmung einer ersten Gefäßgeometrie (21) zu einem ersten Zeitpunkt (T1), S2) Erste CFD-Simulation (22) basierend auf dieser ersten Gefäßgeometrie (21), S3) Zweite 3-D-Aufnahme (23) des Aneurysmas und Bestimmung einer zweiten Gefäßgeometrie (24) zu einem zweiten, späteren Zeitpunkt (T2), S4) Registrierung (25) beider 3-D-Aufnahmen (20, 23), S5) Bestimmung (26) der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit (Vg) aus den beiden 3-D-Aufnahmen (20, 23), S6) Korrelation (27) der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit (Vg) zwischen den beiden Gefäßgeometrien (21, 24) mit hämodynamisch abgeleiteten Parametern (29) aus der ersten CFD-Simulation (22) und Speicherung der Korrelationsergebnisse, S7) Zweite CFD-Simulation (28) basierend auf der zweiten Gefäßgeometrie (24) und/oder auf der ersten CFD-Simulation (22), S8) Vorhersage (30) der Gefäßgeometrie (24) und/oder der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit zu einem zukünftigen Zeitpunkt (T3) aufgrund der Korrelationsparameter (29), den hämodynamischen Parametern aus der zweiten CFD-Simulation (28) unter Schritt S7) und der Gefäßgeometrie (24) zum zweiten Zeitpunkt (T2).The invention relates to a method for predicting the growth of aneurysms on the basis of CFD simulations derived from at least two angiographic recordings with the following steps: S1) First 3-D record (20) of the aneurysm and determination of a first vessel geometry (21) for a first Time point (T1), S2) First CFD simulation (22) based on this first vessel geometry (21), S3) Second 3-D image (23) of the aneurysm and determination of a second vessel geometry (24) at a second, later point in time (T2), S4) Registration (25) of both 3-D recordings (20, 23), S5) Determination (26) of the local growth rate (Vg) from the two 3-D recordings (20, 23), S6) Correlation (27) of the local growth rate (Vg) between the two vessel geometries (21, 24) with hemodynamically derived parameters (29) from the first CFD simulation (22) and storage of the correlation results, S7) based on the second CFD simulation (28) on the second vessel geometry (24) and / or on the first CFD simulation (22), S8) prediction (30) of the vessel geometry (24) and / or the local growth rate at a future point in time (T3) based on the correlation parameters (29), the hemodynamic parameters from the second CFD Simulation (28) under step S7) and the vessel geometry (24) at the second point in time (T2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage des Wachstums von Aneurysmen auf Basis von aus wenigstens zwei Angiographieaufnahmen abgeleiteten CFD-Simulationen.The invention relates to a method for predicting the growth of aneurysms based on at least two angiographic images derived CFD simulations.
Die vorliegende Patentanmeldung beschäftigt sich mit der Vorhersage des weiteren Aneurysmen-Wachstums durch die Einbeziehung hämodynamischer Parameter, z. B. simulierter Fluss im Aneurysma und dadurch auftretende Scherkräfte. Diese hämodynamischen Parameter werden in der Literatur als wichtige Mediatoren des Wachstums angesehen, wie dies
Unter einem hämodynamischen Parameter wird insbesondere ein Parameter verstanden, der eine Hämodynamik, also eine Strömungsmechanik des Blutes betrifft. Um auf derartige hämodynamische Parameter zu schließen, wird beispielsweise der Blutfluss in einem Gefäßabschnitt, welcher beispielsweise das Aneurysma umfasst, simuliert.A hemodynamic parameter is understood in particular to mean a parameter which relates to hemodynamics, that is to say a fluidic mechanism of the blood. In order to infer such hemodynamic parameters, for example, the blood flow in a vessel section, which comprises, for example, the aneurysm, is simulated.
Als abdominelle Aortenaneurysmen (AAA) werden Erweiterungen der abdominalen Aorta unterhalb des Abgangs der Nierenarterien auf mehr als 3 cm bezeichnet. Die Zahl der Patienten, die wegen eines nicht rupturierten abdominalen Aortenaneurysmas (AAA) in deutschen Krankenhäusern behandelt wurden, betrug im Jahr 2002 insgesamt 11.697; seither ist sie leicht auf 12.531 Fälle im Jahr 2007 angestiegen. Der Frauenanteil liegt bei 15%. Ebenfalls angestiegen ist die Zahl von Patienten mit rupturiertem AAA von 1.899 im Jahr 2000 auf 2.350 im Jahr 2007. Bei einem arteriellen Aneurysma ist die Arterie um das 1,5-fache erweitert. Da der infrarenale Aortendurchmesser für gewöhnlich etwa 2 cm beträgt, wurde in epidemiologischen Untersuchungen ein abdominales Aortenaneurysma ab einem Durchmesser von 3,0 cm definiert. Hierbei muss man allerdings berücksichtigen, dass der Aortendurchmesser mit dem Alter zunimmt und bei Männern etwas größer ist als bei Frauen. Im klinischen Alltag spricht man bei einem Durchmesser von 3 bis 4 cm daher häufig auch von einer aneurysmatischen Erweiterung der infrarenalen Aorta oder einer abdominalen Aortenektasie.Abdominal aortic aneurysms (AAA) refer to enlargements of the abdominal aorta below the origin of the renal arteries to more than 3 cm. The number of patients treated for non-ruptured abdominal aortic aneurysm (AAA) in German hospitals was 11,697 in 2002; since then it has risen slightly to 12,531 cases in 2007. The proportion of women is 15%. The number of patients with ruptured AAA also increased from 1,899 in 2000 to 2,350 in 2007. In the case of an arterial aneurysm, the artery has been expanded 1.5-fold. Since the infrarenal aortic diameter is usually about 2 cm, an abdominal aortic aneurysm from a diameter of 3.0 cm has been defined in epidemiological studies. However, one must consider that the aortic diameter increases with age and is slightly larger in men than in women. In clinical practice, with a diameter of 3 to 4 cm, this is often referred to as aneurysmal dilatation of the infrarenal aorta or abdominal aortic ectasia.
Die durchschnittliche Größenzunahme des AAA umfasst 2 bis 3 mm/Jahr, sie ist höher bei Rauchern, kann individuell aber erheblich schwanken. Das Rupturrisiko eines AAA < 4 cm liegt bei unter 2% pro Jahr, steigt jedoch ab einem Durchmesser von > 5 cm exponentiell an. Risikofaktoren für eine drohende Ruptur sind neben dem maximalen Durchmesser eine rasche Zunahme des Durchmessers (> 0,5–1 cm/Jahr), eine familiäre Belastung, eine exzentrische Morphologie und ein fortgesetzter Nikotin-Abusus, wie dies von
Das Problem nach einer Diagnose eines AAA ist die zu treffende Entscheidung, ob das Aneurysma behandelt wird, der Patient sich also einer offenen OP oder einer endovaskulären Therapie unterziehen muss, oder ob das Aneurysma lediglich beobachtet wird, im Allgemeinen durch einen regelmäßigen CT-Scan. Essentieller Parameter für diese Entscheidung ist die Frage, wie schnell sich das AAA wahrscheinlich entwickelt, also welche Wachstumsgeschwindigkeit dem AAA vorausgesagt wird.The problem after a diagnosis of AAA is the decision to make, whether the aneurysm should be treated, the patient must undergo open surgery or endovascular therapy, or the aneurysm is merely observed, generally by a regular CT scan. The essential parameter for this decision is the question of how fast the AAA is likely to develop, that is, what growth rate is predicted for the AAA.
Die Problematik liegt aber darin, das neben der wachstumsinduzierten Wirkung der hämodynamischen Parameter auch patientenspezifische Parameter wie Genetik, Vorerkrankungen oder Verhalten eine wichtige Rolle spielen.The problem lies in the fact that in addition to the growth-induced effect of hemodynamic parameters and patient-specific parameters such as genetics, pre-existing diseases or behavior play an important role.
In zahlreichen Untersuchungen wird heute eine CFD-Simulation verwendet, um hämodynamische Größen, wie beispielsweise Wandscherstress (WSS) oder Druck in einem AAA, zu berechnen, um im Weiteren Aussagen über das weitere Wachstum eines AAAs treffen zu können. Dies ist beispielsweise
”Computational Fluid Dynamics”, kurz auch CFD genannt, ist ein Verfahren, um den Blutfluss in einem Gefäßabschnitt oder Gefäßsegment eines Blutgefäßes zu simulieren, welcher eine pathologische, also eine krankhafte Veränderung beinhaltet. Eine derartige pathologische Veränderung des Gefäßabschnitts liegt beispielsweise in Form eines Aneurysmas, also einer krankhaften, örtlich begrenzten, häufig sackartigen Erweiterung vor. Ein Aneurysma kann insbesondere in einem Blutgefäß im Bereich des Gehirns oder des Herzens auftreten; jedoch ist das Auftreten eines Aneurysmas im Allgemeinen nicht auf eine spezielle Körperregion begrenzt. Die klinische Bedeutsamkeit eines Aneurysmas, welches beispielsweise im Gehirn lokalisiert ist, besteht insbesondere aufgrund der Gefahr einer Ruptur, also einer Riss- oder Bruchbildung, die beispielsweise zu Einblutungen und Thrombosen führen kann. Die Dynamik des Blutflusses in einem Aneurysma wird in der heutigen Medizin häufig als ein wichtiger Faktor für die Pathogenese des Aneurysmas, also für dessen Entstehung und Entwicklung, erachtet."Computational Fluid Dynamics", also referred to as CFD for short, is a method to simulate the blood flow in a vessel section or vessel segment of a blood vessel, which includes a pathological, ie a pathological change. Such a pathological change of the vascular segment is, for example, in the form of an aneurysm, that is to say a pathological, localized, often bag-like enlargement. In particular, an aneurysm can occur in a blood vessel in the region of the brain or the heart; however, the appearance of an aneurysm is generally not limited to a particular body region. The clinical significance of an aneurysm, which is localized for example in the brain, is in particular due to the risk of rupture, so a crack or fracture, which may, for example, lead to bleeding and thrombosis. The dynamics of blood flow in an aneurysm is often considered in today's medicine as an important factor for the pathogenesis of the aneurysm, ie for its formation and development.
Bekannt ist auch, das Wachstum durch den Vergleich mehrerer sukzessiver Untersuchungen der AAA beispielsweise mittels Computertomographie zu bestimmen. It is also known to determine the growth by comparing several successive examinations of the AAA, for example by means of computed tomography.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Prognose des Wachstums von AAAs zu treffen, wie sich das Aneurysma weiterentwickelt, wobei patientenspezifische Einflussgrößen oder suboptimale Wahl von Randbedingungen für die CFD-Simulation eliminiert oder zumindest reduziert sind.The invention is based on the task of predicting the growth of AAAs as the aneurysm evolves, eliminating or at least reducing patient-specific predictors or suboptimal choice of constraints for CFD simulation.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is achieved by the features specified in
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Schritte gelöst:
S1) Erste 3-D-Aufnahme des Aneurysmas und Bestimmung einer ersten Gefäßgeometrie zu einem ersten Zeitpunkt,
S2) Erste CFD-Simulation basierend auf dieser ersten Gefäßgeometrie,
S3) Zweite 3-D-Aufnahme des Aneurysmas und Bestimmung einer zweiten Gefäßgeometrie zu einem zweiten, späteren Zeitpunkt,
S4) Registrierung beider 3-D-Aufnahmen,
S5) Bestimmung der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit aus den beiden 3-D-Aufnahmen,
S6) Korrelation der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit zwischen den beiden Gefäßgeometrien mit hämodynamisch abgeleiteten Parametern aus der ersten CFD-Simulation und Speicherung der Korrelationsergebnisse,
S7) Zweite CFD-Simulation basierend auf der zweiten Gefäßgeometrie und/oder auf der ersten CFD-Simulation,
S8) Vorhersage der Gefäßgeometrie und/oder der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit zu einem zukünftigen Zeitpunkt aufgrund der Korrelationsparameter, den hämodynamischen Parametern aus der zweiten CFD-Simulation unter Schritt
S7) und der Gefäßgeometrie zum zweiten Zeitpunkt.The object is achieved according to the invention by the following steps:
S1) First 3-D image of the aneurysm and determination of a first vessel geometry at a first time,
S2) First CFD simulation based on this first vessel geometry,
S3) Second 3-D image of the aneurysm and determination of a second vessel geometry at a second, later time,
S4) registration of both 3-D recordings,
S5) determination of the local growth rate from the two 3-D images,
S6) Correlation of the local growth rate between the two vessel geometries with haemodynamically derived parameters from the first CFD simulation and storage of the correlation results,
S7) Second CFD simulation based on the second vessel geometry and / or on the first CFD simulation,
S8) prediction of vessel geometry and / or local growth rate at a future time based on the correlation parameters, the hemodynamic parameters from the second CFD simulation under step
S7) and the vessel geometry at the second time.
Durch die Korrelation von CFD-Simulationen und Gefäßmessungen gelangt man zur besseren Vorhersage des Aneurysmen-Wachstums ohne Beeinträchtigungen von patientenspezifischen Einflussgrößen oder Randbedingungen für die CFD-Simulation.By correlating CFD simulations and vascular measurements, one can better predict aneurysm growth without affecting patient-specific predictors or boundary conditions for CFD simulation.
In vorteilhafter Weise können die 3-D-Aufnahmen gemäß Schritt S1) und Schritt S3) mittels wenigstens eines bildgebenden Verfahrens aus der Gruppe
- • Computertomographie (CT),
- • Magnetresonanztomographie (MRI),
- • Ultraschall (US) und/oder
- • Angiographie (DynaCT)
- Computed tomography (CT),
- • magnetic resonance imaging (MRI),
- • Ultrasound (US) and / or
- • Angiography (DynaCT)
Erfindungsgemäß können die Korrelationsergebnisse gemäß Schritt S6) angeben, welche der simulierten hämodynamischen Parameter tatsächlich zum Wachstum (zwischen T1 und T2) beigetragen haben, bzw. welcher der simulierten hämodynamischen Parameter maßgeblich zum Wachstum des Aneurysmas beigetragen hat, wie die einzelnen Parameter zum Wachstum des Aneurysmas beigetragen haben und/oder den Korrelationskoeffizienten.According to the invention, the correlation results according to step S6) can indicate which of the simulated hemodynamic parameters actually contributed to the growth (between T1 and T2) or which of the simulated hemodynamic parameters contributed significantly to the growth of the aneurysm, such as the individual parameters for the growth of the aneurysm contributed and / or the correlation coefficient.
Die Registrierung beider 3-D-Aufnahmen gemäß Schritt S4) kann erfindungsgemäß rigide oder flexibel erfolgen.The registration of both 3-D images according to step S4) can be carried out according to the invention rigid or flexible.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zur Bestimmung der Gefäßgeometrie gemäß Schritt S1) und Schritt S3) das Lumen und/oder der Thrombus verwendet werden.It has proved to be advantageous if the lumen and / or the thrombus are used to determine the vessel geometry according to step S1) and step S3).
Erfindungsgemäß errechnet sich die Bestimmung der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit aus der Zunahme des lokalen Radius geteilt durch die Zeit zwischen beiden 3-D-Aufnahmen.According to the invention, the determination of the local growth rate is calculated from the increase of the local radius divided by the time between both 3-D images.
In vorteilhafter Weise kann die zweite 3-D-Aufnahme zu dem zweiten Zeitpunkt (T2) gemäß Schritt S3) etwa drei Monate nach der ersten 3-D-Aufnahme zu dem ersten Zeitpunkt (T1) gemäß Schritt S1) erfolgt.Advantageously, the second 3-D recording at the second time (T2) according to step S3) takes place about three months after the first 3-D recording at the first time (T1) according to step S1).
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die hämodynamisch abgeleiteten Parameter gemäß Schritt S6) und/oder Schritt S8) wenigstens ein Parameter ist aus der Gruppe:
- • ein simulierter Fluss in einem Aneurysma,
- • durch den Blutfluss auftretende Scherkräfte,
- • ein Druck in einem Aneurysma,
- • eine die Gefäßwand betreffende Spannung,
- • eine die Gefäßwand betreffende Scherspannung sowie
- • eine Flussrate
- A simulated flow in an aneurysm,
- Shear forces due to blood flow,
- • pressure in an aneurysm,
- A tension affecting the vessel wall,
- • a shear stress affecting the vessel wall as well
- • a flow rate
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawing. Show it:
Um 3-D-Aufnahmen beispielsweise eines Aneurysmas erstellen zu können, lassen sich verschiedene bildgebende Systeme, wie beispielsweise Computertomographie-(CT), Magnetresonanztomographie-(MRI), Ultraschall-(US) und/oder Rotationsangiographie-Systeme (DynaCT), einsetzen. To create 3-D images of an aneurysm, for example, various imaging systems such as computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), ultrasound (US) and / or rotational angiography (DynaCT) systems can be used.
Zur Durchführung einer derartigen Rotationsangiographie zur Erzeugung von 3-D-Bildaufnahmen, um ein 3-D-Gefäßabschnittsmodell beispielsweise eines AAAs zu erhalten, werden Röntgensysteme eingesetzt, deren typische wesentliche Merkmale beispielsweise mindestens ein C-Bogen, der robotergesteuert sein kann und an dem eine Röntgenröhre und ein Röntgenbilddetektor angebracht sind, ein Patientenlagerungstisch, ein Hochspannungsgenerator zur Erzeugung der Röhrenspannung, eine Systemsteuerungseinheit und ein Bildgebungssystem inklusive mindestens eines Monitors sein können.To perform such Rotationsangiographie for the generation of 3-D image recordings to obtain a 3-D vessel section model, for example, an AAA, X-ray systems are used, whose typical essential features, for example, at least one C-arm, which may be robotically controlled and on the one X-ray tube and an X-ray image detector are mounted, a patient table, a high voltage generator for generating the tube voltage, a system control unit and an imaging system including at least one monitor can be.
Ein derartiges in der
Generell sind auch CTA und MRA geeignet, um die 3-D-Modelle zu erzeugen. Der Vorteil bei C-Bogen-Systemen liegt darin, dass gegebenenfalls die 2-D-Aufnahmen intrinsisch registriert sind. Ansonsten ist dies bei allen Modalitäten zu tun.In general, CTA and MRA are also suitable for generating the 3-D models. The advantage of C-arm systems is that, if necessary, the 2-D images are intrinsically registered. Otherwise this is to be done in all modalities.
Mittels des beispielsweise aus der
Der bekannte Knickarmroboter
Die Realisierung der Röntgendiagnostikeinrichtung ist nicht auf den Industrieroboter angewiesen. Es können auch übliche C-Bogen-Geräte Verwendung finden.The realization of the X-ray diagnostic device is not dependent on the industrial robot. It can also find common C-arm devices use.
Der Röntgenbilddetektor
Im Strahlengang des Röntgenstrahlers
In der
Das hauptsächliche Problem der Vorhersage des Wachstums von AAAs ist die Frage, wie sich das Aneurysma bis zu einem zukünftigen Zeitpunkt T3 weiterentwickelt, wenn die Geometrien der Aorta zu den Zeitpunkten T1 und T2 bekannt sind.The main problem of predicting the growth of AAAs is the question of how the aneurysm will evolve until a future time T3, when the geometries of the aorta at times T1 and T2 are known.
Ziel ist es nun, aufgrund einer patientenspezifischen Vorhersage den Verlauf der zukünftigen Gefäßwand
Dies wird durch das in
Zu einem zweiten Untersuchungszeitpunkt T2, beispielsweise heute, wird eine aktuelle zweite 3-D-Aufnahme
Aus diesen Daten
Zwischen den beiden Gefäßgeometrien
Aufbauend auf die aktuelle 3-D-Aufnahme
Aus der Korrelation
In diesem Falle kann zu einem dritten Untersuchungszeitpunkt beispielsweise in drei Monaten erneut eine 3-D-Aufnahme mit einer weiteren Gefäßmessung erstellt werden. Nach erfolgter Registrierung der 3-D-Aufnahmen werden die lokalen Wachstumsgeschwindigkeiten Vg für jeden Gefäßabschnitt der Gefäßgeometrien zwischen den Untersuchungszeitpunkten ermittelt und 1 mit hämodynamisch abgeleiteten Parametern aus CFD-Simulationen zur erneuten Prädiktion eines zukünftigen Wachstums des AAAs korreliert.In this case, at a third examination time, for example in three months, a 3-D image can be taken again with another vessel measurement. After registration of the 3-D images, the local growth rates Vg for each vascular segment of the vascular geometries are determined between assay times and 1 correlated with hemodynamically-derived parameters from CFD simulations to re-predict future growth of the AAA.
Die simulierten hämodynamische Parameter
- • ein simulierter Blutfluss in einem Aneurysma,
- • durch den Blutfluss auftretende Scherkräfte,
- • ein Druck in einem Aneurysma,
- • eine die Gefäßwand betreffende Spannung,
- • eine die Gefäßwand betreffende Scherspannung sowie
- • eine Flussrate
- A simulated blood flow in an aneurysm,
- Shear forces due to blood flow,
- • pressure in an aneurysm,
- A tension affecting the vessel wall,
- • a shear stress affecting the vessel wall as well
- • a flow rate
Die Zwischenschritte der Wachstumsgeschwindigkeiten Vg für jeden Gefäßabschnitt der Gefäßgeometrien zwischen den Untersuchungszeitpunkten können interpoliert werden, um ggf. später ein kontinuierliches Wachstumsprofil erstellen zu können. Damit können virtuelle Zwischenmodelle erzeugt werden und diese für CFD-Simulationen verwendet werden, so dass eine iterative Kontrolle, bzw. Anpassung ermöglicht wird.The intermediate steps of the growth rates Vg for each vessel section of the vessel geometries between the examination times can be interpolated in order to be able to create a continuous growth profile later, if necessary. This can be used to create virtual intermediate models and use them for CFD simulations, so that an iterative control or adaptation is possible.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vorhersage des Aneurysmen-Wachstums liegt also der Gedanke zugrunde, aus den bekannten Messungen und Simulationen zum Zeitpunkt T1 und T2 (heute) durch Korrelation zu berechnen, welche der simulierten Parameter tatsächlich zum Wachstum (zwischen T1 und T2) beigetragen haben. Mit dieser Information kann dann das Wachstum zum Zeitpunkt T3 besser vorhergesagt werden.The method according to the invention for predicting aneurysm growth is therefore based on the idea of calculating from the known measurements and simulations at time T1 and T2 (today) by correlation which of the simulated parameters actually contributed to the growth (between T1 and T2). With this information, the growth at time T3 can then be better predicted.
Der erfindungsgemäße Verfahrensablauf in Kürze ist:
In einem ersten Schritt S1) wird eine erste 3-D-Aufnahme
In a first step S1), a first 3-D image is taken
Anschließend erfolgt gemäß einem zweiten Schritt S2) eine erste CFD-Simulation
In einem dritten Schritt S3) werden eine zweite 3-D-Aufnahme
Gemäß einem vierten Schritt S4) werden beide 3-D-Aufnahmen
In einem fünften Schritt S5) erfolgt eine Bestimmung
Nachfolgend werden gemäß einem sechsten Schritt S6) eine Korrelation
In einem siebten Schritt S7) erfolgt eine zweite CFD-Simulation
Abschließend erfolgt in einem achten Schritt S8) eine Vorhersage
Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt einen einfachen Weg auf, die persönlichen Faktoren mit den Ergebnissen der hämodynamischen Simulationen zu kombinieren und eine verbesserte Basis für die Vorhersage des weiteren Wachstums eines Aneurysmas zu ermöglichen.The method of the invention provides a simple way to combine personal factors with the results of hemodynamic simulations and to provide an improved basis for predicting the further growth of an aneurysm.
Dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Wachstum eines AAA mittels mindestens zweier aufeinanderfolgender bildgebender 3-D-Verfahren aufzunehmen und die abgeleitete Wachstumsgeschwindigkeit mit hämodynamisch abgeleiteten Größen (z. B. WSS) aus einer CFD-Simulation zu korrelieren und das Ergebnis auf eine zweite CFD-Simulation anzuwenden.For this purpose, it is proposed according to the invention to record the growth of an AAA by means of at least two consecutive 3-D imaging methods and to correlate the derived growth rate with hemodynamically derived variables (eg WSS) from a CFD simulation and transfer the result to a second CFD simulation. Apply simulation.
Vorraussetzung für das vorgeschlagene Verfahren sind:
- – Mindestens zwei Aufnahmen der Aorta zu zwei verschiedenen Zeitpunkten T1 und T2 sind erstellt worden, aus denen man das lokale AAA Wachstum bestimmen bzw. messen kann.
- – Diese zwei Aufnahmen sind zueinander registriert, wobei die Registrierung rigide oder flexibel sein kann.
- – Für die Aufnahme zum Zeitpunkt T1 liegt eine CFD-Simulation der Aorta vor.
- - At least two recordings of the aorta at two different times T1 and T2 have been created, from which one can determine or measure the local AAA growth.
- - These two images are registered with each other, whereby the registration can be rigid or flexible.
- - For admission at time T1, a CFD simulation of the aorta is available.
Optional:
- – Die Zwischenschritte im Wachstum können interpoliert werden, um ggf. später ein kontinuierliches Wachstumsprofil erstellen zu können. Damit können virtuelle Zwischenmodelle erzeugt werden und diese für CFD-Simulationen verwendet werden. Damit ist eine iterative Kontrolle, bzw. Anpassung möglich.
- - The intermediate steps in the growth can be interpolated, in order to be able to create a continuous growth profile later. With this, virtual intermediate models can be created and used for CFD simulations. For an iterative control, or adaptation is possible.
Korrelation der Messungen und Simulationen:
- – Nun wird die CFD-Simulation zum Zeitpunkt T1 korreliert mit dem (tatsächlich gemessenen) AAA Wachstum zwischen Zeitpunkt T1 und T2. Dadurch kann bestimmt werden:
- – Welcher der simulierten hämodynamischen Parameter maßgeblich zum Wachstum des Aneurysmas beigetragen hat.
- – Wie die einzelnen Parameter zum Wachstum des Aneurysmas beigetragen haben.
- – Der Korrelationskoeffizient.
- Now the CFD simulation at time T1 is correlated with the (actually measured) AAA growth between time T1 and T2. This can determine:
- - Which of the simulated hemodynamic parameters contributed significantly to the growth of the aneurysm?
- - How the individual parameters contributed to the growth of the aneurysm.
- - The correlation coefficient.
Vorhersage des Aneurysmen-Wachstums:
- – Wird nun eine CFD-Simulation der Aortenaufnahme zum Zeitpunkt T2 erstellt, kann mit dieser, den vorher bestimmten Korrelationsparametern und der Gefäßgeometrie zum Zeitpunkt T2 eine bessere Vorhersage des Wachstums gemacht werden.
- - If a CFD simulation of the aortic uptake is made at time T2, this, the previously determined correlation parameters and the vessel geometry at time T2 can be used to better predict the growth.
Beispiel für einen Workflow:
- 1. Erste 3-D-Aufnahme (CT, MRI, US, DynaCT) des AAA und Bestimmung der Gefäßgeometrie (Lumen, Thrombus),
- 2. CFD-Simulation basierend auf dieser Geometrie,
- 3. Zweite 3-D-Aufnahme des AAA und Bestimmung der Gefäßgeometrie (Lumen, Thrombus) z. B. nach 3 Monaten,
- 4. Registrierung (rigide oder flexibel) beider 3-D-Aufnahmen,
- 5. Bestimmung der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit (z. B. Zunahme des lokalen Radius geteilt durch die Zeit zwischen beiden 3-D-Aufnahmen),
- 6. Korrelation der lokalen Wachstumsgeschwindigkeit mit den Ergebnissen aus der CFD-Simulation der ersten Geometrie. Diese werden gespeichert,
- 7. CFD-Simulation basierend auf der zweiten Geometrie,
- 8. Vorhersage der zukünftigen Gefäßgeometrie und/oder der zukünftigen lokalen Wachstumsgeschwindigkeit aufgrund der Korrelationsparameter, den hämodynamischen Parametern aus der zweiten CFD-Simulation unter Punkt S7 und der Gefäßgeometrie zum zweiten Zeitpunkt.
- 1. First 3-D image (CT, MRI, US, DynaCT) of the AAA and determination of the vessel geometry (lumen, thrombus),
- 2. CFD simulation based on this geometry,
- 3. Second 3-D image of the AAA and determination of the vessel geometry (lumen, thrombus) z. After 3 months,
- 4. Registration (rigid or flexible) of both 3-D recordings,
- 5. determination of local growth rate (eg increase in local radius divided by the time between both 3-D acquisitions),
- 6. Correlation of the local growth rate with the results from the CFD simulation of the first geometry. These are saved
- 7. CFD simulation based on the second geometry,
- 8. Prediction of future vascular geometry and / or future local growth rate based on the correlation parameters, hemodynamic parameters from the second CFD simulation under point S7, and vessel geometry at the second time point.
Speziell wird eine Korrelation vorgeschlagen zwischen
- a) einem (oder mehreren) simulierten hämodynamischen Parametern in einem definierten Simulationssetting mit
- b) dem individuellen (tatsächlich zwischen zwei oder mehreren Scans gemessen) Aneurysmen-Wachstum, um zu sehen, wie sich diese Parameter auf das weitere Wachstum auswirken.
- a) one (or more) simulated hemodynamic parameters in a defined simulation setting
- b) the individual aneurysm growth (actually measured between two or more scans) to see how these parameters affect further growth.
Die vorgeschlagene Lösung lässt sich im Prinzip für alle Aneurysmen-Typen anwenden, also auch beispielsweise für thorakale Aorten Aneurysmen oder intrakraniale Aneurysmen. Die Beschreibung bezieht sich jedoch lediglich der Einfachheit halber auf AAAs.The proposed solution can be used in principle for all types of aneurysms, including, for example, for thoracic aortic aneurysms or intracranial aneurysms. However, the description refers to AAAs for convenience only.
Patientenspezifische Einflussgrößen wie Genetik oder suboptimale Wahl von Randbedingungen für die CFD-Simulation werden durch das erfindungsgemäße Verfahren eliminiert. Die Vorhersage kann bei Aneurysmen unter Beobachtung mit neuer 3-D-Bildgebung verifiziert werden. Patient-specific factors such as genetics or suboptimal choice of boundary conditions for the CFD simulation are eliminated by the method according to the invention. The prediction can be verified in aneurysms under observation with new 3-D imaging.
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